浅析分布式光伏电站运维现状及发展

摘要：结合国家政策阐述了国内分布式光伏电站运维现状，讨论了现行条件下分布式光伏电站运维的商业模式和分布式光伏电站运维中涉及到的部分关键技术，分析未来光伏电站运维的发展方向，为光伏电站技术及运维人员提供一定的参考。
关键词：分布式光伏；运维；商业模式；趋势
0引言
太阳能发电是新能源开发利用的主要方向之一，而分布式光伏电站以其装机容量小、初始投资和后期运维成本低、建设周期短、能够实现就近供电等特点决定了它是当前太阳能在用电侧大规模直接开发利用的*佳途径，然而分布式光伏电站的运维与传统电站的运维完全不同，对电站的管理是个很大的挑战。本文以分布式光伏电站的运维为主题，结合国家政策阐述了国内分布式光伏电站运维现状；讨论了分布式光伏电站运维模式，分析了三种典型的运维模式———秀湖模式、林洋模式及爱康模式；概括了光伏电站运维中涉及到的部分关键技术及分布式光伏电站运维未来的发展趋势，并从中“互联网+”“大数据”及“物联
网”三个方面进行分析讨论。
1分布式光伏运维的政策及发展现状
分布式光伏借助装机容量小、初始投资和后期运维成本低、建设周期短、能够实现就近供电等优势逐渐走入人们的视野。光伏发电的特点决定了光伏未来的主要应用方向是分布式，一旦度电成本低于工商业用电价格，分布式光伏将首先在工商业领域迅速推广，行业的成长性将彻底爆发。
目前，国内扶持分布式的发展方向非常明确，各政府部门也先后出台了相应的扶持意见。国家能源局于2009年颁布《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》（财建〔2009〕128号）和《关于实施金太阳示范工程的通知》（财建〔2009〕397号），拉开了中国分布式光伏发电系统规模化应用的序幕。随后国家相继发布了《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》（国发〔2013〕24号）、《国家能源局关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》（国能新能〔2014〕406号）、《国家能源局关于下达2015年光伏发电建设实施方案的通知》（国能新能〔2015〕73号）及《国家能源局关于下达2016年光伏发电建设实施方案的通知》（国能新能〔2016〕166号），从政策层面大力支持分布式光伏发电的发展。据国家能源局的统计数据显示，截至2016年底，中国光伏发电新增装机容量3454×104kW，累计装机容量7742×104kW，新增和累计装机容量均为全球*，如图1所示。其中，光伏电站累计装机容量6710×104kW，分布式累计装机容量1032×104kW。全年发电量662×108kW·h，占中国全年总发电量的1%。分布式光伏发电装机容量发展提速，2016年新增装机容量424×104kW，比2015年新增装机容量增长200%。然而与分布式光伏装机规模的迅速增长相对，中国分布式光伏电站的运维水平却发展缓慢。受政府财政补贴的政策影响，项目开发和建设单位往往急于抢工期，使利润*大化，导致部分光伏电站的质量和安全性能不能保证，有的单位缺乏*的安装技术人员，且采购的发电设备不符合国家标准，导致光伏发电效率的降低和安全事故频发，分布式光伏电站亟需从技术层面解决运维的瓶颈问题，结合网络及智能技术的发展，光伏电站的运维开始趋于标准化和智能化，一站式监控、实时监测系统的应用使电站的运维管理更高效、便捷和精确。  
2分布式光伏运维的商业模式
目前，中国分布式光伏电站运行维护技术复杂，相关补偿机制不完善，且尚未形成确保分布式光伏发电系统安全、稳定、高效运行、提高能源利用率的运行维护管理模式。目前国内企业通过不同的商业模式创新逐步解决这一问题，典型的主要有秀湖模式、林洋模式、爱康模式。
2.1秀湖模式
为解决多家企业的电费结算问题，嘉兴市秀湖区浙江科技孵化园园区管委会成立针对园区分布式电站的*运维公司，接受园区内所有光伏电站投资企业的委托，提供光伏电站的运营、维护、电费收取结算等服务。同时，收取0.02元/(kW·h)设立统筹运维基金，专项用于电站建成以后因屋顶局部改建而产生的费用等。在这一模式下，分布式开发商解决了电费结算问题，园区政府分享到了园区内分布式电站建设的收益，实现互利共赢。
2.2林洋模式
林洋电子通过与电网合作，以运营和总承包（EPC）两种模式参与分布式电站建设。在运营模式方面，公司与电网旗下公司成立合资公司，其中由公司控股，投资建设分布式电站，公司负责电站日常运营，由电网负责电费结算等。在EPC模式方面，公司与电网旗下公司成立合资公司，其中由电网公司控股，投资建设分布式电站，公司主要以EPC的形式介入，实现一次性EPC收入。 2.3爱康模式
爱康科技通过与企业签订购售电合同的模式，进行分布式电站开发。同时，与当期电网签订合作协议，必要时依托电网进行电费结算，能够有效规避结算风险。以上三种典型运维模式各有优缺点，对比分析如表1所示。
3分布式光伏运维关键技术
3.1系统定位
在配电网接入的基础上，构建基于分布式电源的智能配电网：a)实现与调度系统的双向交互；b)兼作地区调度备用监控中心。该方案既能与地调融合，又能起到对原先系统的升级作用，一举两得。
3.2监控终端解决方案
分布式光伏电源投入较小，如何在充分压缩监控终端成本的基础上实现分布式光伏电源的保护、测控等功能成为关键。集成多种传统装置功能的分布式光伏并网接口装置高集成度、低成本的并网接口装置，可以解决监控终端成本问题。另外，接口装置必须整合符合电监会要求的信息加密功能，解决分布式光伏电源接入带来的信息安全问题。
3.3监控通信通道解决方案
分布式光伏电源投入较小，如何避免挖沟、埋光纤等耗资巨大的工程，降低通信通道建设成本是另外一个关键。无线通讯技术已经发展到4G时代，为解决通信通道建设成本问题，利用无线网络传输分布式光伏监控信息是必由之路。
3.4信息安全解决方案
信息安全解决方案是在终端、主站加装加密卡(软件)，常用的解决方案有：a)在并网接口装置中安装加密卡；b)在主站前置服务器上安装加密软件；c)加密卡和加密软件均获得电监会颁发的安全认证。
3.5智能型反孤岛技术
网侧孤岛自动检测技术通过检测上级断路器/开关状态和线路电压，自动判断识别非计划孤岛，控制操作开关自动投切扰动负载，破坏非计划孤岛运行，并将孤岛信息、开关动作信息等上传至配网管理系统，可以为电力检修作支撑。
3.6含储能的分布式光伏并网系统对配电网的调峰
利用两级式微型逆变器拓扑结构，将蓄电池并接于中间直流母线。前级升压电路控制光伏电池板的输出，实现*大功率跟踪控制，以提高太阳能利用率。后级为反激逆变器，实现对蓄电池的充放电控制及并网逆变控制，使逆变器始终工作在高功率状态，达到提高逆变器运行效率和实现电网负荷削峰填谷的目的。
4分布式光伏运维的未来发展趋势
2016年以来，在电价逐步下调的大背景之下，降本增效成为了光伏行业的主旋律。在此期间，将大数据、云计算、互联网、物联网等高新技术与传统光伏运营管理技术相结合的电站智能运维正逐步成为业界关注的焦点。
4.1互联网+
互联网+分布式光伏发电监控运维平台通过对实时运行数据的采集、计算、处理、分析、存储，结合天气状况对发电数据进行挖掘分析，建立业务专家知识库，实现一键体检、自动巡检等体检服务，及时发现电站运行故障或隐患，并基于消息推送技术、智能化派单技术完成自动化运维服务，提高光伏电站的发电效率，增加用户的发电收益。其中，一键体检、自动巡检、大数据分析全方位电站检查服务采用独立任务体方式控制，可扩展性强，适应不同业务的需求，内存采用缓存技术提高了任务处理、访问效率，减轻了服务器压力。
4.2大数据
国务院印发的《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》针对“互联网+智慧能源”专项中指出，推进能源生产智能化鼓励能源企业运用大数据技术对设备状态、电能负载等数据进行分析挖掘与预测，开展精准调度、故障判断和预测性维护，提高能源利用效率和安全稳定运行水平；建设分布式能源网络，构建智能化电力运行监测、管理技术平台，使电力设备和用电终端基于互联网进行双向通信和智能调控，实现分布式电源的及时有效接入，逐步建成开放共享的能源网络。
对于光伏领域来说，要实现光伏设备的数字化和智能化，就需要利用计算机软件技术、计算机网络技术、远程实时监测技术、远程诊断技术、通信技术等，建立起一套高效、稳定的光伏电站远程监测/诊断系统，从而为光伏电站的正常运行和维护提供技术保障。“光伏大数据+监测/诊断”可为光伏系统的科学研究提供有用数据；可提高光伏电站的运行水平，从而降低光伏企业的运行维护成本，提升光伏电站的发电效益；可优化光伏企业的业务流程，使生产运行过程的资源与活动得到合理安排，进而提高企业的经济效益和市场竞争力。
4.3物联网
物联网，就是物物互联。通过不同的传感网络，将信息传感设备相互连接形成物品与物品的分布式系统，从而实现物品感知、识别、位置跟踪等功能。
远程抄表主要是通过远程智能终端的计量和数据采集，并通过网络或其他传输方式传送到特定系统的一种抄表方式，并在系统中完成其他形式的操作。
远程抄表系统工作周期通常以年为单位计算，关键设备需要24h实时监测，而复杂的现场环境决定要从系统功能、体系架构、软硬件系统的稳定性、设备功耗等角度进行评价，以智能化、小型化的监控系统为设计宗旨。而嵌入式系统则迎合了微型化、智能化的发展趋势，为远程抄表系统的建设提供了有效途径，嵌入式系统已成为远程抄表系统发展的方向之一。
嵌入式系统采用物联网的无线传感网络、电力线低压载波网络等技术完全能满足电力系统远程抄表的各项要求，保证电能量数据采集与存储的及时、可靠、准确。
5安科瑞Acrel-2000MG微电网能量管理系统
5.1概述
Acrel-2000MG储能能量管理系统是安科瑞专门针对工商业储能电站研制的本地化能量管理系统，可实现了储能电站的数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表、策略管理、历史曲线等功能。其中策略管理，支持多种控制策略选择，包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等。该系统不仅可以实现下级各储能单元的统一监控和管理，还可以实现与上级调度系统和云平台的数据通讯与交互，既能接受上级调度指令，又可以满足远程监控与运维，确保储能系统安全、稳定、可靠、经济运行。
5.2应用场景
适用于工商业储能电站、新能源配储电站。
5.3系统结构

5.4系统功能
（1）实时监管
对微电网的运行进行实时监管，包含市电、光伏、风电、储能、充电桩及用电负荷，同时也包括收益数据、天气状况、节能减排等信息。 （2）智能监控
对系统环境、光伏组件、光伏逆变器、风电控制逆变一体机、储能电池、储能变流器、用电设备等进行实时监测，掌握微电网系统的运行状况。 （3）功率预测
对分布式发电系统进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。 （4）电能质量
实现整个微电网系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。 （5）可视化运行
实现微电网无人值守，实现数字化、智能化、便捷化管理;对重要负荷与设备进行不间断监控。 （6）优化控制
通过分析历史用电数据、天气条件对负荷进行功率预测，并结合分布式电源出力与储能状态，实现经济优化调度，以降低尖峰或者高峰时刻的用电量，降低企业综合用电成本。 （7）收益分析
用户可以查看光伏、储能、充电桩三部分的每天电量和收益数据，同时可以切换年报查看每个月的电量和收益。 （8）能源分析
通过分析光伏、风电、储能设备的发电效率、转化效率，用于评估设备性能与状态。 （9）策略配置
微电网配置主要对微电网系统组成、基础参数、运行策略及统计值进行设置。其中策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、新能源消纳、逆功率控制等。 6硬件及其配套产品 一个好的光伏电站运维不但要实现发电端的智能化运营维护、降低维护成本，而且要及时对光伏电站的逆变器和组串故障进行预防性报警，并*大限度减少光伏电站的发电量损失，提高光伏电站的发电效率。通过对政策、运维模式及关键技术的分析可以看出，随着光伏行业的持续发展，先进、高效、智能化成为光伏电站运维管理的新要求，为了提高发电效率、降低运营成本，分布式光伏电站的运维管理朝智能化方向发展已经成为趋势。
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［5］安科瑞高校综合能效解决方案2022.5版.
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